CN205121247U - 一种基于物联网的危险品爆炸气体远程监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于物联网的危险品爆炸气体远程监测系统，包括信息管理层、信息传输层和监测设备管理层；信息管理层用于接收气体数据信息并进行存储分析，信息传输层包括对各种气体信息进行采集的无线数据采集模块和进行无线传输的无线通讯单元，监测设备管理层包括气体检测传感器和对气体数据信息进行处理的单片机处理单元。本实用新型通过气体检测传感器对周围空气中的气体信息进行采集，并经单片机处理单元进行信号处理后通过信息传输层将气体信息传输到信息管理层进行存储分析。本实用新型的技术方案体积小，成本低，可靠性高，能够及时采集事故现场中有毒有害气体信息，并进行无线远距离传输，无需人工进行现场采集，减少了次生灾害的发生，减少了人员伤亡和财产损失。

Description

一种基于物联网的危险品爆炸气体远程监测系统

技术领域

本实用新型属于物联网中的自动控制技术领域，尤其涉及一种基于物联网的危险品爆炸气体远程监测系统。

背景技术

近年来，随着中国工业经济迅猛发展，化工产业得到了蓬勃发展，同时化工产业中的危险源也成倍增加，各种由于不按规定程序操作和存放的具有易燃、易爆、腐蚀、毒害和放射性等危险特性的危险品而发生的火灾、爆炸事故重复而频繁上演。例如：1993年8月5日下午，广东深圳市清水河仓库区安贸危险品储运公司仓库爆炸起火；2006年6月16日15时09分，位于马鞍山市当涂县城关附近白纻山下的安徽省盾安化工集团有限公司粉状乳化车间粉乳前工序发生爆炸；2015年8月12日，天津港国际物流中心区域内瑞海公司所属危险品仓库发生爆炸；由于缺乏有效设备和方法对化学品成分进行监测和分析，爆炸事故的现场产生的大量的有毒气体和烟雾以及粉尘而造成的次生灾害，均造成了惨重的人员伤亡和财产损失。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于物联网的危险品爆炸气体远程监测系统，该气体远监测系统克服了现有技术的不足，体积小，成本低，可靠性高，能够及时采集事故现场中有毒有害气体的浓度和位置信息，并进行无线远距离传输，无需人工进行现场采集，减少了次生灾害的发生，减少了人员伤亡和财产损失。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种基于物联网的危险品爆炸气体远程监测系统，其特征在于：该气体远程监测系统包括：

信息管理层；所述信息管理层是爆炸气体环境信息监控单元，用于接收气体数据信息并进行存储分析；

信息传输层；所述信息传输层包括无线数据采集模块和无线通讯单元；所述无线数据采集模块是CC23530芯片，用于对检测到的各种数据信号进行采集并向信息管理层通过无线通讯单元进行无线传输；

和监测设备管理层；所述监测设备管理层包括用于检测危险品爆炸气体的气体检测传感器和单片机处理单元；所述气体检测传感器用于对气体数据信号进行采集，并将采集到的信号传输给单片机处理单元进行处理；所述单片机处理单元用于对接收到的气体信息进行判定并根据判定结果给出控制指令，该单片机处理单元包括主控芯片MSP430F5438A、带通滤波电路、增益放大电路、A/D采样模块、电源管理模块、存储模块、看门狗电路、RS232串口通信模块和I/O扩展；所述主控芯片MSP430F5438A是对检测到的气体信号进行处理，并发出控制指令；所述带通滤波电路是对检测到的气体信号进行滤波；所述增益放大电路是对滤波后的气体信号进行放大；所述A/D采样模块采用芯片型号为LTC2209的A/D采样模块，用于对放大后的气体信号进行A/D采样；所述电源管理模块用于向主控芯片MSP430F5438A、A/D采样模块和无线数据采集模块提供电源；所述存储模块用于将待传输的气体浓度数据和气体的位置信息分别进行存储；所述看门狗电路用于监控单片机主程序的运行,用于防止程序无限制的运行，在接收和发送数据时对数据和电路起保护作用；所述RS232串口通信模块用于从PC机串行口接收数据；所述I/O扩展是在所用单片机的并行I/O数据接口不够使用时，用于简单的输入口扩展和输出口扩展；

所述气体检测传感器对周围空气中的气体进行采集，采集到的模拟信号送到带通滤波电路和增益放大电路进行滤波和信号放大处理，再将放大后的信号送到LTC2209A/D采样模块进行A/D采样，将采样后的信号输入到MSP430F5438A主控制芯片进行信号处理，经过单片机处理单元处理后的信号经无线数据采集模块CC2530进行信号采集后，通过无线通讯单元将气体浓度信息以及位置信息传输出去，最后气体数据信息由爆炸气体环境信息监控单元接收并进行存储分析。

所述无线通讯单元是WiFi或者是ZigBee。

所述气体检测传感器包括苯类有机物检测器、一氧化碳检测器、三氯甲烷检测器和PM2.5检测器，用于对危险品爆炸气体信息进行监测；所述苯类有机物检测器是采用旁热式结构的半导体式毒性气体敏感元件MQ138传感器；所述一氧化碳气体检测传感器是采用费加罗公司生产的TGS2442半导体气体传感器；所述三氯甲烷检测器采用Membrapor公司的CHCL3/C-1000传感器。

在上述技术方案中，本实用新型可以通过气体检测传感器对各种危险品爆炸气体，如苯类有机化合物、一氧化碳气体、三氯甲烷气体和PM2.5粉尘等气体信息进行监测，经过单片机处理单元处理后的气体数据信号经无线数据采集模块CC2530进行信号采集后，通过无线通讯单元将气体浓度信息以及位置信息传输出去，再通过环境信息监控单元的终端设备实时观测到实时数据和历史更新数据，进行存储分析，再对现场的监测设备发出操作指令。本实用新型的技术方案克服了现有技术的不足，体积小，成本低，可靠性高，能够及时采集事故现场中有毒有害气体的浓度和位置信息，并进行无线远距离传输，无需人工进行现场采集，避免了人们长时间滞留现场进行气体采样分析而带来的危险性，减少了次生灾害的发生，减少了人员伤亡和财产损失。

附图说明

图1为本实用新型一种基于物联网的危险品爆炸气体远程监测系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清晰、完整地阐述，所述的实施例仅为本实用新型的一部分实施例，非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

由图1可见，本实施例的一种基于物联网的危险品爆炸气体远程监测系统包括信息管理层、信息传输层和监测设备管理层。

本实施例中，信息管理层是爆炸气体环境信息监控单元，用于接收气体数据信息并进行存储分析。

本实施例的信息传输层包括无线数据采集模块和无线通讯单元；无线数据采集模块是采用CC23530芯片，用于对检测到的各种数据信号进行采集并向信息管理层通过无线通讯单元进行无线传输，本实施例的无线通讯单元是采用ZigBee，ZigBee是采用TI公司生产的CC2530射频芯片，ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术，主要是为了工业现场自动化控制数据传输而建立的。

本实施例的监测设备管理层包括用于检测危险品爆炸气体的气体检测传感器和单片机处理单元。气体检测传感器用于对气体数据信号进行采集，并将采集到的信号传输给单片机处理单元进行处理，本实施例中的气体检测传感器包括苯类有机物检测器、一氧化碳检测器、三氯甲烷检测器和PM2.5检测器，用于对危险品爆炸气体信息进行监测；本实施例中，苯类有机物检测器是采用旁热式结构的半导体式毒性气体敏感元件MQ138传感器，苯类有机化合物气体大量的泄漏会引起火灾、爆炸、中毒等人身伤亡事故和财产损失，此传感器具有高灵敏度、快速响应恢复、稳定性好、寿命长、驱动电路简单、大信号输出等特点；一氧化碳气体检测传感器是采用费加罗公司生产的TGS2442半导体气体传感器，该传感器具有反应时间短、探测范围宽以及使用寿命长的特点，完全满足工业现场的需要，TGS2442半导体气体传感器的气敏材料是二氧化锡；三氯甲烷检测器采用Membrapor公司的CHCL3/C-1000传感器，该传感器是测量范围宽，分辨率高，输出信号强。单片机处理单元用于对接收到的气体信息进行判定并根据判定结果给出控制指令，本实施例的单片机处理单元是由主控芯片MSP430F5438A、带通滤波电路、增益放大电路、A/D采样模块、电源管理模块、存储模块、看门狗电路、RS232串口通信模块和I/O扩展组成；主控芯片MSP430F5438A是对检测到的气体信号进行处理，并发出控制指令；带通滤波电路是对检测到的气体信号进行滤波；增益放大电路是对滤波后的气体信号进行放大；A/D采样模块采用型号为LTC2209A/D采样模块，用于对放大后的气体信号进行A/D采样；电源管理模块用于向主控芯片MSP430F5438A、A/D采样模块和无线数据采集模块提供电源；存储模块用于将待传输的气体浓度数据和气体的位置信息分别进行存储；看门狗电路用于监控单片机主程序的运行,在主程序的运行中，需要在定时时间到达之前对定时器进行复位，看门狗电路的作用就是防止程序无限制的运行，避免使程序造成死循环，它可以用在接收和发送数据时对接受和发送超时的处理，起到保护数据，保护电路的作用；RS232串口通信模块用于从PC机串行口接收数据单片机，本实施例中其设置数据传输速率为每秒1200波特调试系统；I/O扩展用于扩展所用单片机的并行I/O数据接口，在并行I/O数据接口不够使用时，可以通过74LS244芯片来实现简单的输入口扩展，通过74LS377来实现简单的输出口扩展。

本实施例中，气体检测传感器对周围空气中的气体进行采集，采集到的模拟信号送到带通滤波电路和增益放大电路进行滤波和信号放大处理，再将放大后的信号送到芯片型号为LTC2209的A/D采样模块进行A/D采样，将采样后的信号输入到MSP430F5438A主控制芯片进行信号处理，经过单片机处理单元处理后的信号经无线数据采集模块CC2530进行信号采集后，通过无线通讯单元将气体浓度信息以及位置信息传输出去，最后气体数据信息由爆炸气体环境信息监控单元接收并进行存储分析。本实施例的爆炸气体远程监测系统体积小，成本低，可靠性高，能够及时采集事故现场中有毒有害气体的浓度和位置信息，并进行无线远距离传输，无需人工进行现场采集，避免了人们长时间滞留现场进行气体采样分析而带来的危险性，减少了次生灾害的发生，减少了人员伤亡和财产损失。

以上所述，仅是本实用新型的实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效方法的变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于物联网的危险品爆炸气体远程监测系统，其特征在于：该气体远程监测系统包括：

信息管理层；所述信息管理层是爆炸气体环境信息监控单元，用于接收气体数据信息并进行存储分析；

信息传输层；所述信息传输层包括无线数据采集模块和无线通讯单元；所述无线数据采集模块是CC23530芯片，用于对检测到的各种数据信号进行采集并向信息管理层通过无线通讯单元进行无线传输；

和监测设备管理层；所述监测设备管理层包括用于检测危险品爆炸气体的气体检测传感器和单片机处理单元；所述气体检测传感器用于对气体数据信号进行采集，并将采集到的信号传输给单片机处理单元进行处理；所述单片机处理单元用于对接收到的气体信息进行判定并根据判定结果给出控制指令，该单片机处理单元包括主控芯片MSP430F5438A、带通滤波电路、增益放大电路、A/D采样模块、电源管理模块、存储模块、看门狗电路、RS232串口通信模块和I/O扩展；所述主控芯片MSP430F5438A是对检测到的气体信号进行处理，并发出控制指令；所述带通滤波电路是对检测到的气体信号进行滤波；所述增益放大电路是对滤波后的气体信号进行放大；所述A/D采样模块采用型号为LTC2209A/D采样模块，用于对放大后的气体信号进行A/D采样；所述电源管理模块用于向主控芯片MSP430F5438A、A/D采样模块和无线数据采集模块提供电源；所述存储模块用于将待传输的气体浓度数据和气体的位置信息分别进行存储；所述看门狗电路用于监控单片机主程序的运行,用于防止程序无限制的运行，在接收和发送数据时对数据和电路起保护作用；所述RS232串口通信模块用于从PC机串行口接收数据；所述I/O扩展是在所用单片机的并行I/O数据接口不够使用时，用于简单的输入口扩展和输出口扩展；

所述气体检测传感器对周围空气中的气体进行采集，采集到的模拟信号送到带通滤波电路和增益放大电路进行滤波和信号放大处理，再将放大后的信号送到LTC2209A/D采样模块进行A/D采样，将采样后的信号输入到MSP430F5438A主控制芯片进行信号处理，经过单片机处理单元处理后的信号经无线数据采集模块CC2530进行信号采集后，通过无线通讯单元将气体浓度信息以及位置信息传输出去，最后气体数据信息由爆炸气体环境信息监控单元接收并进行存储分析。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的危险品爆炸气体远程监测系统，其特征在于:所述无线通讯单元是WiFi或者是ZigBee。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的危险品爆炸气体远程监测系统，其特征在于：所述气体检测传感器包括苯类有机物检测器、一氧化碳检测器、三氯甲烷检测器和PM2.5检测器，用于对危险品爆炸气体信息进行监测；所述苯类有机物检测器是采用旁热式结构的半导体式毒性气体敏感元件MQ138传感器；所述一氧化碳气体检测传感器是采用费加罗公司生产的TGS2442半导体气体传感器；所述三氯甲烷检测器采用Membrapor公司的CHCL3/C-1000传感器。

4.根据权利要求2所述的一种基于物联网的危险品爆炸气体远程监测系统，其特征在于：所述ZigBee是采用TI公司生产的CC2530射频芯片。